新疆吐-哈地区硝酸盐矿床成矿机制及演化途径的氮氧同位素制约

新疆吐-哈地区分布着世界第二大硝酸盐矿床，且类型多样。我们首次在该地区硝酸盐中发现了明显的氧同位素非质量分馏，提出硝酸盐主要来源于大气成因硝酸盐气溶胶。但由于实验方法的局限性，未能对当地气溶胶、雨水、地下水和沙漠土壤等低硝酸盐含量的样品进行氮氧同位素分析，获得的证据链尚不完整，硝酸盐的演化途径和成矿机制尚不明确；同时发现钾硝石矿床的氮同位素具有微生物反硝化作用的显著特征，但与氧同位素结果矛盾，急需通过实验模拟证实。针对前期研究中发现的问题，本研究拟采用微量硝酸盐氮氧同位素和氧同位素非质量分馏（△17O）分析方法-细菌反硝化法，对吐-哈地区矿石和低硝酸盐含量样品的氮氧和氧同位素非质量分馏进行系统分析，利用当地大气成因硝酸盐进行微生物反硝化模拟实验，查明大气成因硝酸盐的氮氧同位素在反硝化过程中的变化规律，并与不同类型硝酸盐矿床进行对比，进一步揭示大气成因硝酸盐迁移演化途径和富集成矿过程。

新疆吐-哈地区分布着世界第二大硝酸盐矿床。对该地区大南湖、铁矿湾、西戈壁、小横山等硝酸盐矿床进行了野外地质考察，采集了矿石、土壤、卤水、地下水及气溶胶样品。建立了能够同时测定低硝酸盐含量样品中δ18O和 δ15N的细菌反硝化法。硝酸盐量可低至1.25nmol。对高硝酸盐含量样品采用热分解法测定其△17O比值。对于气溶胶、土壤及卤水等低含量样品采用细菌反硝化法进行δ18O和 δ15N测定。结果表明：本次研究的硝酸盐矿床δ17O异常富集，△17O范围12.2~27.9‰，存在明显的氧同位素非质量分馏。在所测定的样品中，气溶胶样品δ18O较高δ15N较低（δ15N：-14.31~-13.13‰δ18O：77.29~-83.04‰），矿石及土壤样品δ18O与δ15N居中（δ15N：-12.29.27~37.04‰δ18O：27.30~60.56‰），卤水及地下水δ18O较低δ15N较高（δ15N：4.27~60.89~37.04‰δ18O：-7.23~42.56‰）。该地区盐湖卤水中硝酸盐在结晶出钾盐矿物以后演化过程中与地下水发生氧同位素交换导致δ18O比值较钾盐矿物明显降低。该地区盐湖卤水中硝酸盐在结晶出钾盐矿物以后演化过程中与地下水发生氧同位素交换导致δ18O比值较钾盐矿物明显降低。盆地周围大量生长各种植被，卤水中湿润温暖的环境，给反硝化细菌提供有力的生长条件，导致卤水发生反硝化反应，使得δ15N明显升高。.根据氮氧同位素特征，结合研究区地质特征，我们得出该地区硝酸盐矿床的成矿过程。大气成因硝酸盐通过雨水、气溶胶等方式沉降到地表，通过雨水、风力等形式发生短距离迁移。在极度干燥的条件下早期沉降在地层中的硝酸盐等易溶盐类随水溶液沿着砂砾的空隙或裂隙等毛细管向地表运移富集，在矿体的最上部形成钠硝石带。部分硝酸盐等成矿物质，被地表水带到盐湖之中，经过长时间的生物作用、蒸发浓缩和分异演化，溶解度最大的硝酸钾在盐湖演化的最后阶段沉淀下来，形成钾硝石矿床。